CN109829185A - 一种基于预紧力的螺母松动分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车、机械等工程螺栓松动数值模拟方法技术领域，具体涉及一种基于预紧力的螺母松动分析方法。该基于预紧力的螺母松动分析方法，具体包括以下步骤：1)截取轮辋总成一部分，进行结构离散，划分网格并导入到CAE分析软件中；2)根据轮辋总成各零件的材料性能参数；3)根据各零件的接触及受力状态，进行边界设定；4)根据轮辋螺栓的实际力矩加载过程，建立多个分析步；5)定义接触属性定义；6)分析结果的读取以及结果判定。其有益效果是：采用先进分析方法，对通过螺栓连接的零部件进行数值计算分析，得出合适的螺栓预紧力，不会因过大或过小，导致螺母松动。

Description

一种基于预紧力的螺母松动分析方法

技术领域

本发明属于汽车、机械等工程螺栓松动数值模拟方法技术领域，具体涉及一种基于预紧力的螺母松动分析方法。

背景技术

螺栓作为机械工程中的一个重要部件，其不仅仅是各种板件之间的连接件，而且还起着预紧作用。在机械工程中，为了增强螺栓螺纹联接的刚性、紧密性、防松能力以及防止受横向载荷螺栓联接的滑动，多数螺纹联接在装配时都需要预紧，而预紧力的施加是通过一定的拧紧力矩来实现的，合适的拧紧力矩对螺栓联接件和被联接件的寿命都是有益的。拧紧力矩过大往往会导致联接失效，往往会出现螺母松动或者螺栓断裂等情况。其在实际工程中常常受到非常复杂的工况，导致螺栓破坏的产生。

目前校核螺栓松动的方法：

(1)通过螺栓的实际施加的预紧力进行公式计算，然后校核其应力。该方法未充分考虑螺栓材料应力应变曲线，进而导致计算结果粗略。

(2)理论公式计算时未考虑螺栓之间的接触压力等影响，导致计算结果对实际工程的参考意义有限。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种基于预紧力的螺母松动分析方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于预紧力的螺母松动分析方法，具体包括以下步骤：

1)截取轮辋总成一部分，进行结构离散，划分网格并导入到CAE 分析软件中；

2)根据轮辋总成各零件的材料性能参数，对各零件赋予相应的材料参数，包括弹性模量、泊松比、密度及实际应力应变曲线等；根据材料力学可知，结构随着外力的增大，其应力也不断的增大，当增大到该材料的屈服强度时，材料开始进入塑性阶段，即材料出现了屈服也产生了永久变形，当材料出现屈服后，材料的内应力会不断加大，到达抗拉极限后即出现断裂，屈服强度是一个非常重要的点，一般会允许材料屈服，但要控制在一定的比例范围内，当屈服过大后，结构会出现松动或过早的疲劳失效；

3)根据各零件的接触及受力状态，进行边界设定，包括接触属性等，对于复杂的非线性分析，边界非线性定义相当重要，需要准确设定各个件的接触；

4)根据轮辋螺栓的实际力矩加载过程，建立多个分析步，以便接触的逐步建立，对结构进行非线性分析其边界条件和载荷的定义要与实际相吻合，只有这样其分析的结果才能更真实，更准确，通常在非线性分析时要设定多个分析步，达到各个接触逐渐建立起来；

5)在定义接触属性定义时包括以下两个步骤：(1)选择有限滑移或小滑移情况时，若两面本来就接触，可选择限滑移或小滑移，采用小滑移可加快收敛速度，同时可定义一个小容差或选择Adjust only to remove overclosure或No adjustment，采用小滑移时，两接触面一开始就判断并执行其接触，计算成本较低，此三个选项，需根据实际工程进行相应调试并选择；

(2)首先定义螺栓预紧力，即Bolt load，选择螺栓截面或几何截面，定义预紧力，根据所要施加的载荷大小，逐步加到所需要的预紧力，再保持螺栓长度不变；再定义另一端螺栓载荷，逐渐加到目标载荷；

6)分析结果的读取以及结果判定，首先通过查看预紧力，看是否与相关接触力相等；然后根据分析结果提出合理的改进方案，并对各种方案进行评估，结果显示，当M24螺母施加120KN，即扭矩为461NM 时，轮辐最大等效塑性应变为1％，即在实际施加预紧扭矩不要超过 461Nm时，才不会导致螺母松动，因此情况下螺栓预紧力合适，不会因过大或过小，导致螺母松动的现象。

本发明的有益效果是：结合实车螺母松动问题，采用先进分析方法，对通过螺栓连接的零部件进行数值计算分析，得出合适的螺栓预紧力，不会因过大或过小，导致螺母松动，并通过大量的试验和试测表明该基于螺栓预紧力的螺栓松动分析方法是合理有效的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明螺栓轴力与轮辐应力应变的关系。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明一种基于预紧力的螺母松动分析方法进行进一步说明。

该发明一种基于预紧力的螺母松动分析方法，具体包括以下步骤：

1)截取轮辋总成一部分，进行结构离散，划分网格并导入到CAE 分析软件中；

2)根据轮辋总成各零件的材料性能参数，对各零件赋予相应的材料参数，包括弹性模量、泊松比、密度及实际应力应变曲线等；根据材料力学可知，结构随着外力的增大，其应力也不断的增大，当增大到该材料的屈服强度时，材料开始进入塑性阶段，即材料出现了屈服也产生了永久变形，当材料出现屈服后，材料的内应力会不断加大，到达抗拉极限后即出现断裂，屈服强度是一个非常重要的点，一般会允许材料屈服，但要控制在一定的比例范围内，当屈服过大后，结构会出现松动或过早的疲劳失效；

3)根据各零件的接触及受力状态，进行边界设定，包括接触属性等，对于复杂的非线性分析，边界非线性定义相当重要，需要准确设定各个件的接触；

4)根据轮辋螺栓的实际力矩加载过程，建立多个分析步，以便接触的逐步建立，对结构进行非线性分析其边界条件和载荷的定义要与实际相吻合，只有这样其分析的结果才能更真实，更准确，通常在非线性分析时要设定多个分析步，达到各个接触逐渐建立起来；

5)在定义接触属性定义时包括以下两个步骤：(1)选择有限滑移或小滑移情况时，若两面本来就接触，可选择限滑移或小滑移，采用小滑移可加快收敛速度，同时可定义一个小容差或选择Adjust only to remove overclosure或No adjustment，采用小滑移时，两接触面一开始就判断并执行其接触，计算成本较低，此三个选项，需根据实际工程进行相应调试并选择；

(2)首先定义螺栓预紧力，即Bolt load，选择螺栓截面或几何截面，定义预紧力，根据所要施加的载荷大小，逐步加到所需要的预紧力，再保持螺栓长度不变；再定义另一端螺栓载荷，逐渐加到目标载荷；

6)分析结果的读取以及结果判定，首先通过查看预紧力，看是否与相关接触力相等；然后根据分析结果提出合理的改进方案，并对各种方案进行评估，结果显示，参照图1所示，当M24螺母施加120KN，即扭矩为461NM时，轮辐最大等效塑性应变为1％，即在实际施加预紧扭矩不要超过461Nm时，才不会导致螺母松动，因此情况下螺栓预紧力合适，不会因过大或过小，导致螺母松动的现象。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种基于预紧力的螺母松动分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1）截取轮辋总成一部分，进行结构离散，划分网格并导入到CAE分析软件中；2）根据轮辋总成各零件的材料性能参数；3）根据各零件的接触及受力状态，进行边界设定；4）根据轮辋螺栓的实际力矩加载过程，建立多个分析步；5）定义接触属性定义；6）分析结果的读取以及结果判定。

2.根据权利要求1所述的一种基于预紧力的螺母松动分析方法，其特征在于：所述根据轮辋总成各零件的材料性能参数，对各零件赋予相应的材料参数，包括弹性模量、泊松比、密度及实际应力应变曲线。

3.根据权利要求1所述的一种基于预紧力的螺母松动分析方法，其特征在于：所述根据各零件的接触及受力状态，进行边界设定，包括接触属性，对于复杂的非线性分析，需要准确设定各个件的接触。

4.根据权利要求1所述的一种基于预紧力的螺母松动分析方法，其特征在于：所述根据轮辋螺栓的实际力矩加载过程，建立多个分析步，以便接触的逐步建立，对结构进行非线性分析其边界条件和载荷的定义要与实际相吻合，通常在非线性分析时要设定多个分析步，达到各个接触逐渐建立起来。

5.根据权利要求1所述的一种基于预紧力的螺母松动分析方法，其特征在于：所述定义接触属性定义时包括以下两个步骤：

（1）选择有限滑移或小滑移情况时，若两面本来就接触，可选择限滑移或小滑移，采用小滑移可加快收敛速度，同时定义一个小容差或选择Adjust only to removeoverclosure或No adjustment；

（2）首先定义螺栓预紧力，即Bolt load，选择螺栓截面或几何截面，定义预紧力，根据所要施加的载荷大小，逐步加到所需要的预紧力，再保持螺栓长度不变；再定义另一端螺栓载荷，逐渐加到目标载荷。

6.根据权利要求1所述的一种基于预紧力的螺母松动分析方法，其特征在于：所述分析结果的读取以及结果判定，首先通过查看预紧力，看是否与相关接触力相等；然后根据分析结果提出合理的改进方案，并对各种方案进行评估。

7.根据权利要求5所述的一种基于预紧力的螺母松动分析方法，其特征在于：所述在定义接触属性定义时，采用小滑移时，两接触面一开始就判断并执行其接触，计算成本较低，定义的小容差或选择Adjust only to remove overclosure或No adjustment三个选项时，需根据实际工程进行相应调试并选择。